Banner
首页 > 技术中心 > 内容
直流大电流传感器的负载电阻特性
- 2020-05-06-

直流大电流传感器(DCCT)和配搭的交/直流电转化器决策了网络加速器实际操作中电源转换器的精密度。在LHC(大中型强子对撞机)中,精密度能够贴近10-6(1ppm)。在DCCT中,负载电阻起着将电流量转换为輸出电压的作用。该电阻器的特性对DCCT的精密度、溫度特点、衔接時间和长期性可靠性都拥有 尤为重要的功效。该毕业论文是在对目前市面上现有的不一样种类的电阻器开展一个称为“输出功率指数”的新式主要参数检测后,依据检测結果做出的分析报告。

介绍

高精密是确保离子束部位和优良聚焦点的重要。供货电流量的电源转换器在意见反馈控制回路中应用了一个高精密电流传感器以完成对輸出电流量的操纵。针对高精密和大电流量的运用,公司分立的高精密控制器是优选。零扩散系数电流量变电器这一核心技术性就是指在积极主动意见反馈控制回路中配有一变电器,其网络带宽拓宽至直流电。构造以随意因素将总电流量分成易管理方法的小电流量(100mA-10A),占比偏差<1ppm(每一百万分之一,10-6)。

变电器的輸出端与一负载电阻相接,2脚或4脚在于电阻值尺寸和需要的精密度。该元器件的特性是决策控制器总体精密度的关键主要参数之一。

之前的网络加速器广泛被规定控制器的重现性要贴近10ppm,而精密度要贴近100ppm。出自于多种多样缘故,LHC对撞机规定精密度提升超出一个量级,在其中一个关键要素就是八个机械零部件中间的追踪。因此将科学研究己知负载电阻设计方案的局限和将会获得的提高做为LHC发展趋势方案的一部分是很必须的。

初期工作经验

DCCTs曾有小量被用以LHC原形中,大部分则被用以SPS网络加速器的翻新。DCCTs的接受检测常被用于提高精确测量用基础机器设备、技术性和方式。危害总体特点的好多个首要条件包含温度系数(TC),衔接个人行为,线性,短时间和长期性飘移量全部这种由负载电阻特性所决策的特点。

下列特性适用:

长期性飘移量<5ppm/年离散系统

温度系数(TC)<1ppm/K

对一部分应用Zeranin箔电阻器做为负载电阻的DCCTs开展逾一年的检测,其飘移量如图所示1所叙述。当工作中标准产生变化时候造成飘移量的大幅度起伏。环境湿度危害产生的难题也很显著,但大家这里未作探讨。更是由这种艰难的观查,造成了事后一系列的科学研究。

负载电阻构造

电阻器的型号选择

LHC运用规定所述主要参数的特性在ppm量级。Hitec的专利权Zeranin输电线设计方案可出示最大精密度,但其价钱限定了它在最好是的DCCTs中的应用。现如今销售市场上只能一款电阻器能够出示需要的特性,它就是BulkMetalFoil,通称“箔电阻器”。此项由Vishay创新的技术性,将冷轧的金属材料箔与肌底相接,以竭尽全力相抵二者的地应力效用,将相抵后的結果做为电阻器的总体特性之一。下列的叙述中仅考虑到这类技术性。一般觉得金属材料具备防水性。

仅考虑到负载电阻的精度是不足的,还务必考虑到它的输出功率失配。做为构件,其特性可由TC和输出功率失配(输出功率传热系数,后面一种称之为a,企业为K/Watt)造成的溫度升高量计算出。具体运用中,一切电阻器的特性均是由电阻器原素(箔或输电线)的可靠性、供热、机械设备包裝和装配线组成。

电阻器的输出功率指数(PC)

伴随着电阻器的失配输出功率扩大,电阻器的溫度将升高,而且最后造成电阻值的转变。接着大家发觉,即便是贴近0温飘的负载电阻,其电阻值也会随释放的电流量呈离散系统的转变。从而计算出,当热“流”从箔向肌底外扩散时,会在箔和肌底间造成一个与室内温度转变不相干的温度差。换句话说即此类电阻器原有的地应力均衡被摆脱,进而令电阻值遭受TC和长期性效用的危害。

图.2BulkMetalFoil电流量检验电阻器的简视剖视图设计方案致力于完成高可靠性的另外,运用了平面图构造有利于热管散热的优势。

箔/硬环氧树脂胶/三氧化二铝肌底三层设计方案使电阻器对工作温度转变(比如对均值危害全部层的转变)完成了0TC。金属材料箔的TC一般为+10至+20ppm/K,因为它的线膨胀系数比三氧化二铝的线膨胀系数大,因此当二者平衡遇热时,三氧化二铝层会根据粘接剂层抑止金属材料箔的热变形从而造成一个反向的负TC量。假如箔被独立加温,它的机械设备扩大效用相对性于三氧化二铝的无扩大可能更强烈,造成一个过大的反向TC。当电阻器失配输出功率时候出現所述状况:金属材料箔的溫度升高超过肌底的溫度升高因此被“过多抑止“,造成电阻值减少的状况。假如箔相对性肌底的传热系数为(K/W),电阻值转变就可以被预测分析,设失配输出功率为P,有:

∆R/R=-TCfoil•θfs•P或PC•P(ppm)

针对0TC电阻器,往往有"-TCfoil"更是由于肌底的抑制效应。

因而这里有三个关键要素:工作温度造成的电阻值转变(TC),金属材料箔的P•θa•TC自热电效应和新的“真正”电阻器输出功率指数(PC=-TCfoil•θfs)或集成ic/质粒载体梯度方向造成的转变,即0TC电阻器的PC。具体中,当加工厂沒有独特表明PC种类时,默认设置包括了自热:

WCR=(TC•θa)+(-TCfoil•θfs),(ppm/Watt)

必须留意的是,因为多种多样独立要素的功效,所述等式将会为零。因此并不适感用以大家的科学研究。

衔接時间和可靠性的危害

已确认,在平稳输出功率标准下,箔与肌底中间的地应力有别于有功用时二者间的地应力,而且和由工作温度转变造成的地应力也大不一样。这也证实了在精确测量全过程中,地应力效用一部分在于時间,造成的“相近记忆力”长期性衔接拖尾和长期性重现可假定为导入的地应力在迟缓松驰。这将会要花几分钟至数日,对最大精密度水准具备重特大的实际意义。

测量设备

在CERN中关键应用二种方式来精确测量电阻值和电阻值转变。二种方式均由电脑控制,完成了全自动化技术精确测量。

第一种方式是根据电桥,含有一个100A6011扩展器的MIL6010B,它取决于操纵溫度用食油浸中的校正标准电阻。其精密度和像素为亚ppm级別。

第二种方式是根据CERNDCCT网络加速器(CDC)[3],它会造成一个达到10A的24-bit程序控制器双极性直流电流源,且精密度<1ppm。除此之外还含有一个Agilent3458DVM。

LHC商品的結果

负荷电阻值10Ω,100mW(120ALHCDCCT)

迅速能够观查到衔接个人行为和飘移难题,好多个阻值也能测得,此外循环系统更改输出功率和溫度以证实人为因素脆化是不是能够提高特性。結果并不一致表明它是不能测个人行为,见图3。

生产商将原来电阻器换成了另一不一样型号规格的电阻器,新式电阻器数日后的可靠性获得了认同,但30min可靠性规范(<10ppm)的結果是>10%的不过关,见图16。最初的飘移量造成于输出功率指数,而5-10min的飘移量造成于自热电效应。

由于若将差电阻器拆换到PCB板上,检验将十分费时间,因此在安裝前,大家根据精确测量自热和PC造成的偏差对电阻器开展挑选。图5展现了2个主要参数间趣味的关联性。依据实际运用,生产商将会完成二者间不一样的最佳配备。试验結果根据Alpha和Vishay出示的超出700个电阻器。

负荷电阻值1Ω,25b250W(600ALHCDCCT)

这个1Ω的负载电阻由Vishay专为LHC产品研发,未发布试品的实